Le sfide comuni di gestione di un computer quantistico

L’applicazione di computer quantistici è infinita. Dai grandi set di dati di produzione ai processi di produzione di microchip, i computer quantistici sono in grado di risolvere difficili sfide combinatorie. Combinando queste sfide con un algoritmo di ispirazione quantistica, possono identificare esattamente quale parte di un processo di produzione complesso era responsabile di un fallimento. Molti processi di produzione di microchip sono costituiti da migliaia di passaggi. I computer quantistici possono aiutare a ridurre i fallimenti costosi identificando dove si sono verificati problemi. Francesco Bova, professore associato di management e economista di laboratorio presso la School of Management dell’Università di Toronto, ha reso il calcolo quantistico una priorità nella produzione.

Problemi con l’esecuzione di un computer quantistico

Uno dei principali problemi con i computer quantistici è la decoerenza. Questo problema è il risultato dell’interazione indesiderata tra il computer quantistico e il suo ambiente. Un modo per superare questo problema è la correzione dell’errore quantistico, ma questa tecnologia non è ancora ampiamente disponibile. I qubit fisici non sono corretti dagli errori e non possono ridimensionare molto oltre alcune centinaia di qubit. Ecco alcuni dei problemi comuni associati all’esecuzione di un computer quantistico.

Innanzitutto, i sistemi biologici sono estremamente complessi. I computer classici hanno difficoltà a prevedere le interazioni tra molecole biologiche. In genere, la ricerca biomedica in fase iniziale viene condotta con metodi chimici, laboratori animali e cellule. Può essere necessario molto tempo per sviluppare e testare i farmaci. L’esecuzione di simulazioni quantistiche di sistemi biologici può aiutare gli scienziati a creare farmaci più efficienti. Ad esempio, se possiamo simulare un metabolismo delle cellule umane, possiamo prevedere meglio gli effetti dei farmaci su larga scala.

Ci sono anche problemi significativi nell’esecuzione di un computer quantistico. Una delle principali difficoltà è che è difficile programmare e costruire. Di conseguenza, i computer quantistici hanno molti errori, rumore e guasti. Inoltre, sono sensibili alle variazioni di temperatura e alle vibrazioni. Questi fattori influenzano le proprietà quantistiche del computer. Pertanto, è improbabile che produca risultati corretti dai programmi se li implementiamo usando computer classici.

Applicazioni di calcolo quantistico

Mentre le potenziali applicazioni del calcolo quantistico possono essere numerose, sono un po ‘più oscure. L’esperimento di Large Hadron Collider (LHC) al CERN produce un petabyte di dati al secondo. Attualmente, ci vogliono un milione di core CPU su 170 data center per analizzare le informazioni. Ma entro il 2027, quel numero aumenterà di un fattore da 50 a 100, il che consentirà di eseguire calcoli molto più complessi. In altre parole, i computer quantistici consentiranno ai fisici di simulare le interazioni fondamentali dell’universo.

La capacità di eseguire simulazioni con un livello più elevato di precisione potrebbe essere cruciale per i processi di produzione e progettazione. Inoltre, i computer quantistici possono eseguire più attività contemporaneamente, il che consentirebbe loro di simulare sistemi complessi in un ragionevole quantità di tempo. Pertanto, anche la velocità dell’analisi dei big data e dell’apprendimento automatico. La nuova tecnologia potrebbe anche aiutare le aziende a ottimizzare le loro rotte tenendo conto dei fattori della vita reale, come i modelli di traffico e i modelli meteorologici.

Nel settore bancario e finanziario, una serie di problemi combinatori richiedono l’uso del calcolo quantistico. I problemi di combinatori richiedono spesso la riduzione di problemi possibili soluzioni a un numero gestibile. Ma questo spesso impedisce di trovare soluzioni ottimali. Per questo motivo, i computer quantistici possono rivelarsi utili per una vasta gamma di settori. Possono persino diventare essenziali per la produzione di prodotti farmaceutici e biofarmaci.

Sfide della gestione di un computer quantistico

Per costruire un computer quantistico, gli scienziati devono risolvere molte sfide. Uno di questi è la correzione degli errori, un problema chiave nel calcolo classico. Il modo classico di correggere errori prevede l’aggiunta di ulteriori archiviazioni e logica al computer. Un computer quantistico, d’altra parte, deve funzionare a temperature estremamente basse e schermato da interferenze esterne. Questa è una grande sfida ingegneristica. Anche il ridimensionamento di un computer quantistico sarà difficile a causa delle elevate energie e delle risorse dell’hardware.

Un’altra sfida è la codifica per la tecnologia quantistica. Fortunatamente, a questo scopo ci sono kit di sviluppo software open source. Il problema della codifica per un computer quantistico è in gran parte risolto utilizzando un sistema operativo progettato per computer classici. In futuro, gli sviluppatori possono riutilizzare il loro codice su un computer quantistico, indipendentemente dalla piattaforma in esecuzione. Un computer quantistico può richiedere un hardware speciale, ma sarà più veloce ed efficiente di uno classico.

Un’altra sfida è mantenere la coerenza su larga scala. Mentre gli errori quantici classici sono locali, quelli quantici non sono locali. Di conseguenza, le trasformazioni locali non sono realistiche. Inoltre, i bit quantistici devono essere preparati per il calcolo prima che possano essere elaborati. Questa fase di preparazione dello stato è cruciale per la riuscita implementazione della maggior parte degli schemi di calcolo quantistici. La maggior parte degli schemi di calcolo quantistici richiede che i qubit siano in uno stato di sovrapposizione prima di poter eseguire calcoli. La sovrapposizione pone diversi problemi ed è una sfida quando si tratta di un sistema di grandi dimensioni.